專利名稱：基于可控電抗器的靜態無功補償裝置的制作方法
基于可控電抗器的靜態無功補償裝置技術領域
本發明屬于無功補償領域、具體涉及一種基于可控電抗器的靜態無功補償裝置。
背景技術：
可控電抗器的研究起始于上世紀50年代，相繼出現了調匝式可控電抗器、調氣隙 式可控電抗器，但調匝式可控電抗器與調氣隙式可控電抗器的調節速度慢，其應用范圍受 到限制，隨著晶閘管等電力電子器件的發展，又相繼出現了晶閘管控制電抗器型(TCR)可 控電抗器、晶間管控制變壓器型可控電抗器(TCT)，這兩種電抗器都是交流磁通控制型可控 電抗器，通過改變交流電流的通斷間隔來調節電抗器的容量，在交流控制型磁控電抗器出 現的同時也相繼出現了一些直流控制型磁控電抗器，如磁飽和電抗器、磁閥式可控電抗器， 磁飽和電抗器由于其設計結構的缺陷造成其諧波電流較大，故限制了其應用，磁閥式電抗 器通常用作并聯可控電抗器用于靜止無功補償，但目前的磁閥式可控電抗器的制造成本過 高，限制了其廣泛應用。可控電抗器的應用領域主要在于電力系統的無功補償及濾波裝置中，它通常采用 可控電抗器與固定電容器相并聯的方式，通過改變可控電抗器的感性電流進而平滑調節整 套裝置輸出的容性電流，雖然也有其它形式的靜態無功補償裝置(如ASVG無功發生器、基 于APFC的低壓無功補償裝置)，但這些采用可關斷器件的靜態無功補償裝置由于其造價 高、安全性能差，很難在電力部門推廣應用。本發明將提出一種將調壓式磁控電抗器和三相固定電抗器串聯構成的可控電抗 器結構，通過調壓式磁控電抗器改變三相固定電抗器兩端電壓，進而改變整個可控電抗器 的工作電抗，從而調節可控電抗器的輸出電流，將該可控電抗器支路與固定可投切電容器 支路并聯即構成一種新型的高壓靜態無功補償裝置。

發明內容
本發明提出了一種基于可控電抗器的靜態無功補償裝置，它由固定可投切電容器 (I)支路、可控電抗器(II)支路、微機控制器(III)、測量單元(IV)、可控硅整流電路(V)組 成，固定可投切電容器支路與可控電抗器支路相并聯，固定可投切電容器支路采用固定鐵 芯電抗器與電容器串聯組成，該支路通常為一到兩個支路并聯，可控電抗器支路由三相磁 閥式磁控電抗器與三相固定鐵心電抗器的串聯組成，固定鐵芯電抗器采用三相三柱鐵心加 氣隙結構，磁閥式磁控電抗器采用三相六柱鐵芯結構，每個鐵心柱上都含有截面積縮小的 部分(磁閥)，可控電抗器支路三相采用三角形連接方式，固定可投切電容器支路采用三相 星形連接方式，測量單元取電網的電壓及電流信號，該信號轉換后送入微機控制器，微機控 制器根據控制規律發出調整可控電抗器支路中可控硅整流電路的晶間管觸發脈沖，進而調 整可控電抗器支路的感性無功電流。該基于可控電抗器的靜態無功補償裝置的可控電抗器支路的三相磁閥式磁控電 抗器的六個鐵芯柱采用完全相同的結構，其每個鐵芯柱上的磁閥采用分布式磁閥構成，即3每個鐵芯柱上含有至少一個以上磁閥。該基于可控電抗器的靜態無功補償裝置的可控電抗器支路的三相固定鐵心電抗 器為油浸式結構固定電抗器。該基于可控電抗器的靜態無功補償裝置的固定可投切電容器支路的固定鐵心電 抗器采用干式三相鐵芯電抗器。該基于可控電抗器的靜態無功補償裝置在固定可投切電容器支路與可控電抗器 支路發生并聯諧振時，微機控制器會自動調整器脈沖觸發角，改變可控，從而避免并聯諧振 的發生。與現有技術相比，本發明具有以下優點1、本發明提出的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置的可控電抗器支路由磁閥 式磁控電抗器與固定鐵芯電抗器兩部分串聯連接而成，磁閥式磁控電抗器與固定鐵芯電抗 器共同承擔著系統電壓。2、本發明提出的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置的可控電抗器支路的容量 由磁閥式磁控電抗器與固定鐵芯電抗器兩部分共同承擔，由于鐵芯固定電抗器得成本較 低，因此降低了可控電抗器支路的制造成本。3、本發明提出的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置的可控電抗器支路的磁控 電抗器雖然容量有所減小，但總體控制容量并不減小，因為磁閥式磁控電抗器不加直流控 制電流時，空載容量大部分由磁閥式磁控電抗器承擔，加較大直流控制電流時，額定容量大 部分由固定鐵芯電抗器承擔。


圖1為本發明的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置的單相電路結構；圖2為本發明的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置中的可控電抗器支路的繞 組連接方式；圖3為本發明的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置中的三相六柱磁閥式電抗 器的鐵芯結構；圖4為本發明的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置中的整體結構框圖；
具體實施例方式圖1所示的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置單相電路結構中，固定可投切電 容支路由無功補償電容器與干式固定鐵芯電抗器串聯組成，該支路中的干式固定鐵芯電抗 器鐵芯柱上留有氣隙，以防止鐵芯飽和，該電抗值通常其該支路電容容量值的6%或13%， 對于不需要濾波的場合通常采用一個固定電容支路，對于需要進行濾波的場合一般要求配 置兩個以上的電容支路，每個支路對于一個特定次諧波進行無源調諧濾波，可控電抗器支 路的每相采用磁閥式磁控電抗器與固定鐵芯電抗器組成，固定鐵芯電抗器為采用三相三柱 鐵芯結構的油浸式電抗器，磁閥式磁控電抗器采用三相六柱式鐵芯結構，每兩個相鄰鐵芯 柱上的繞組交叉連接形成三相中的一相，由于固定可投切電容支路輸出的為固定的容性電 流，而可控電抗器支路輸出的是根據需要可以調節的感性電流，該支路的感性電流與電容 支路的固定容性電流相加輸出的即為可控的用于靜態無功補償的容性電流，設每相電容值4為C，與電容串聯電抗的百分比為η，可控電抗器支路的每相電流為Iy則每相的補償容量 為 Q = (i-n)cup2-i#p。在圖2所示的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置中可控電抗器支路的繞組連 接方式中，三相磁閥式磁控電抗器的六個鐵芯柱的兩個相鄰柱上的繞組交叉連接組成三相 中的一相，每個鐵芯柱上的繞組分上下兩部分，每部分上都留有引出抽頭，上、下兩部分的 引出抽頭上連接著晶閘管，同一相兩個鐵芯柱上繞組引出抽頭連接的晶閘管的極性相反， 這兩個晶間管與該相鐵芯柱上的繞組產生電動勢構成單相可控全波整流電流，改變晶閘管 的觸發角即可調整繞組中流過的直流控制電流，該直流控制電流在工作繞組中與交流工作 電流相加，但不流入系統，因此，不需要另設專門的直流控制繞組，這樣，六個鐵芯柱上的三 相繞組便構成了三相磁控電抗器的完整繞組；三相六柱磁閥式磁控電抗器的每相繞組再與 一個三相三柱式鐵芯固定電抗器的一相繞組相串聯構成可控電抗器支路的一相，可控電抗 器的三相采用三角形連接方式以減小可控電抗器支路產生的諧波電流；設可控電抗器支路 流過的電流為Iy則其中的固定電抗器壓降為OLIy其磁控電抗器壓降為U-COLIy磁控電 抗器的電抗為(U_ LIJ/\，取額定容量時磁控電抗器的電壓降為10%電網電壓，則可控 電抗器支路的額定電流為In = O. 9U/coL，該電流即為磁控電抗器的額定電流，設此時對應 額定電流的晶閘管的觸發角為180°，取晶閘管觸發角α為O時磁控電抗器的電壓降為 85%額定電壓，則可控電抗器支路的空載電流為Itl = 0. 15U/coL，則當晶閘管的觸發角為 α，鐵芯飽和度β與支路電流込的關系式為込=Ι0+ΙΝ*(β-8 ηβ)/2 π，鐵芯飽和度與晶閘管的觸發角關系為c0S = i(Sin€-#c0S#)-l，由以上關系式即可求出對應晶閘管的π 2 2 2觸發角α時的電流。圖3所示的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置中的三相六柱磁閥式磁控電抗 器的鐵芯結構中，六個鐵芯柱采用完全相同的鐵芯結構，其中從左到右1、2鐵芯柱構成A相 磁控電抗器鐵芯，3、4鐵芯柱構成B相磁控電抗器鐵芯，5、6鐵芯柱構成C相磁控電抗器鐵 芯，上、下磁軛采用與鐵芯柱主截面相同的鐵芯截面積，每個鐵芯柱上都含有幾個截面積較 小的段(稱為磁閥)，磁閥的截面積選擇及磁閥高度的確定取決于電抗器的容量大小，六個 鐵芯柱上的磁閥個數、每個磁閥面積都完全相同。設每柱鐵芯的磁閥高度為L，磁閥寬度為 δ，當磁閥式磁控電抗器工作繞組中通過的電流為i時，由于磁閥部位的磁阻遠大于鐵芯 的磁阻，根據安倍環路定律可得，Ni = HL,因此有H = Ni/L，設所選擇鐵芯材料的磁化曲線 為B = f (H)，則磁閥磁密為B 閥=f (Ni/L)設磁閥面積為A δ，鐵芯面積為A，則鐵芯磁通為Φ = A δ · B 閥 +k · (A-A δ ) μ 0H= A δ . f (Ni/L) +k · (A_A δ ) μ 0 · Ni/L式中，k為氣隙影響系數，當閥柱比為1 4時可近似取值為1.2，所以磁閥式磁控 電抗器產生的感應電動勢為ε = AS· df、NllL) +Κ{Α-Αδ)μ,ΝΙΙ· —dt dt上式中第一項為磁性材料磁化曲線所決定的非線性項，第二項為空氣所決定的線性項，由于磁閥式磁控電抗器的感應電動勢近似等于其兩端電壓降，因此其磁閥大小與寬 度的確定可由下式求出
權利要求
1.一種基于可控電抗器的靜態無功補償裝置，其特征在于，它由固定可投切電容器 (I)支路、可控電抗器(II)支路、微機控制器(III)、測量單元(IV)、可控硅整流電路(V)組 成，固定可投切電容器支路與可控電抗器支路相并聯，固定可投切電容器支路采用固定鐵 芯電抗器與電容器串聯組成，該支路通常為一到兩個支路并聯，可控電抗器支路由三相磁 閥式磁控電抗器與三相固定鐵心電抗器的串聯組成，固定鐵芯電抗器采用三相三柱鐵心加 氣隙結構，磁閥式磁控電抗器采用三相六柱鐵芯結構，每個鐵心柱上都含有截面積縮小的 部分(磁閥)，可控電抗器支路三相采用三角形連接方式，固定可投切電容器支路采用三相 星形連接方式，測量單元取電網的電壓及電流信號，該信號轉換后送入微機控制器，微機控 制器根據控制規律發出調整可控電抗器支路中可控硅整流電路的晶間管觸發脈沖，進而調 整可控電抗器支路的感性無功電流。
2.如權利要求1所述的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置，其特征在于，其可控電 抗器支路的三相磁閥式磁控電抗器的六個鐵芯柱采用完全相同的結構，其每個鐵芯柱上的 磁閥采用分布式磁閥構成，即每個鐵芯柱上含有至少一個以上磁閥。
3.如權利要求1所述的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置，其特征在于，其可控電 抗器支路的三相固定鐵心電抗器為油浸式結構固定電抗器。
4.如權利要求1所述的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置，其特征在于，其固定可 投切電容器支路的固定鐵心電抗器采用干式三相鐵芯電抗器。
5.如權利要求1所述的基于可控電抗器的靜態無功補償裝置，其特征在于，在固定可 投切電容器支路與可控電抗器支路發生并聯諧振時，微機控制器會自動調整器脈沖觸發 角，改變可控電抗器支路的電抗，從而避免并聯諧振的發生。
全文摘要
本發明提出了一種基于可控電抗器的靜態無功補償裝置，它由固定可投切電容器(I)支路、可控電抗器(II)支路、微機控制器(III)、測量單元(IV)、可控硅整流電路(V)組成，固定可投切電容器支路與可控電抗器支路相并聯，固定可投切電容器支路采用固定鐵芯電抗器與電容器串聯組成，該支路通常為一到兩個支路并聯，可控電抗器支路由三相磁閥式磁控電抗器與三相固定鐵心電抗器的串聯組成，固定鐵芯電抗器采用三相三柱鐵心加氣隙結構，磁閥式磁控電抗器采用三相六柱鐵芯結構，可控電抗器支路三相采用三角形連接方式，固定可投切電容器支路采用三相星形連接方式。
文檔編號H02J3/18GK102055193SQ20091017250
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月9日 優先權日2009年11月9日
發明者李瑞生, 趙國生 申請人:李瑞生, 趙國生